围堰施工中引孔技术的应用范文

《铁道建筑技术杂志》2014年第S1期

1拉森钢板桩围堰总体设计及常规引孔方法

1．1围堰设计168m连续梁主墩(37#～42#墩)基础均采用钢板桩围堰施工，钢板桩采用拉森Ⅳ型，桩长设计为15m，根据开挖深度设置3道围囹内支撑，围囹支撑杆件为45a工字钢和630螺旋钢管。围堰尺寸为承台尺寸每边加宽2m，37#、38#、41#、42#墩钢板桩轮廓中心尺寸为33．7m×23．1m，39#、40#墩钢板 桩轮廓中心尺寸为39m×28．4m。对于黄河漫滩区内的承台37#、38#墩开挖深度12．2m，39#、40#墩开挖深度12．5m，地表无明水，地下水位较高(原地面以下1m左右)，可直接进行钢板桩围堰作业。对于黄河主河槽内的承台41#墩开挖深度10．6m，水深0～3．6m;42#墩开挖深度9．6m，水深0～6．2m。利用黄河枯水期，先筑岛围堰提供作业平台，然后进行钢板桩围堰施工。37#～42#墩地表存在明水或丰富的地下水，表层3～9m为粉土、粉砂，遇水成流塑状，σ0=80～100kPa，钢板桩较容易插打。表层以下为砂岩夹泥岩，较坚硬，σ0=300～500kPa，钢板桩无法用震动锤直接打入。主墩承台底设计入岩2．5～5m，为了保证基坑开挖安全，钢板桩底部必须入岩5～8m，然而如何解决钢板桩插打入岩的问题是整个钢板桩围堰施工成败的关键，所以在钢板桩插打以前必须先进行引孔。

1．2现行常规引孔方法(1)目前国内钢板桩围堰施工常用的引孔方法有“潜孔锤”和“水刀”。“潜孔锤”是空气压缩破碎锤和螺旋钻杆相结合的一种引孔钻机，靠破碎锤掘进、螺旋钻杆出渣，适用于无水或水少情况下的坚硬地层，尤其是坚硬的岩石效率更高。对于我们现场表层3～9m的粉土、粉砂，而且水量丰富的情况，潜孔锤无法正常工作，破碎锤会被流塑状的粉砂和粉土包裹而失去功效。现场试验结果也是如此。“水刀”是在钢板桩底部安装一个特制的高压水枪，利用高压水流提供牵引，钢板桩跟进插入。“水刀”适用于浅埋地层，一般不超过12m，对于黏性土效率较高，坚硬的岩层效率极低，而且容易出现折断的意外情况。我们现场遇到的泥岩和砂岩以及埋深情况不适合采用“水刀”。(2)目前国外较先进的钢板桩引孔设备有日本研发的“静压植桩机”，该设备是螺旋钻杆结合特制合金钻头，同时配合一定的静压力达到引孔的目的。它的主机身直接安装在已插打的钢板桩顶部，可以自动走行，适应各种复杂的自然条件，对于软岩效率相对较高，但是比传统引孔工艺成本要高很多。目前国内数量极少，租赁或购买的费用十分昂贵，经过设备厂家专业人士测算，我们现场钢板桩围堰的地质条件和规模，一个基坑的引孔费用在260～320万元，引孔施工周期50～75d。无论是成本投入还是施工周期均不能满足现场施工要求。

2旋挖钻引孔工艺

到底有没有一种高效而且成本投入相对较低的引孔方法?答案是肯定的，那就是旋挖钻引孔工艺。将旋挖钻运用到钢板桩围堰引孔中，在国内还是首次，没有成功的经验可以借鉴。我们也是边研究边现场实践，最后总结逐步完善形成一套完整的旋挖钻引孔工艺。

2．1引孔总体设计我们使用的钢板桩为拉森Ⅳ型，“U”型结构，宽40cm、高17cm、长15m，采用直径100cm和125cm的旋挖钻机交替引孔，所引孔的中心线与钢板桩围堰轮廓的中心线保持一致，相联两孔的中心间距70cm，引孔深度比钢板桩底部高20～40cm，未引的余下20～40cm，利用120振动锤强行插打，确保钢板桩底部与岩层的紧密结合，提高整体的稳定性和止水效果，每个引孔之间咬合42．6cm。旋挖钻引完的孔位用黏土回填密实，以便钢板桩的插打。

2．2现场引孔施工(1)测量放样，在两端插打木桩确定引孔中心线，然后在木桩上系好施工线，每隔70cm系一个彩条节，以此控制每个引孔的中心位置。奇数代表直径100cm的孔，偶数代表直径125cm的咬合孔。(2)利用泥浆护壁，开始引孔施工。每个边先施工奇数直径100cm的孔，然后再施工偶数直径125cm的咬合孔，最后形成连续的整体，利用水准点控制引孔深度。(3)引孔回填，每个边全部引完后用原土及时回填，注意边回填边用泥浆泵排浆，防止泥浆外溢，回填完毕即可开始钢板桩的插打作业。

2．3施工控制要点(1)每个引孔中心位置必须控制准确，保证相联孔之间的咬合尺寸满足要求，确保形成连续的整体。(2)为了提高引孔效率，现场不埋设钢护筒，根据现场土质情况确定泥浆比重，必要时加入少量的纤维，保证护壁效果、防止孔壁坍塌。(3)选择功率较大、钻杆较粗的旋挖钻机引孔，避免钻杆变形偏位，影响孔洞垂直度。(4)采用“跳桩法”引孔，即先施工奇数直径100cm的孔，然后再施工偶数直径125cm的咬合孔，防止偏孔。如果按顺序一个接一个咬合引孔，会出现孔位严重偏位的情况，因为已经引完的一侧松软，未引的一侧岩层坚硬，钻头所受阻力不均匀，会向阻力较小的(已经引完的松软一侧)方位偏移，达不到预期的引孔效果，现场实践也验证了这一点。(5)引孔的深度控制在钢板桩底部标高以上20～40cm，未引的余下20～40cm，利用120振动锤强行插打，确保钢板桩底部与岩层的紧密结合，提高整体的稳定性和止水效果。因为引完后回填的原土较松软，不够密实，特别是孔位底部，存在透水的风险，尤其是在黄河主河道内的基坑，安全风险更大。采用这种方法现场施工效果不错，水中41#、42#墩均未出现钢板桩底部透水情况，止水效果良好。

3效益分析

通过对表3的数据分析:(1)与国内常规引孔工艺对比，旋挖钻引孔适用的地质条件更广泛，周期更短，成本费用更低。(2)与国外引孔技术“静压植桩机”对比，旋挖钻引孔不适合坚硬的岩石，适用范围相对小一些，但在较软～中等硬度的地质条件下优势特别明显，周期短、费用低廉。综上所述，旋挖钻引孔效率高、成本低，适用的地质条件较广泛，具有良好的经济效益和社会效益，应用前景广泛。

4结束语

旋挖钻引孔技术在本项目拉森钢板桩围堰施工中的应用是一个全新的尝试，将现场取得的一些经验进行总结，拿出来跟大家分享，希望能给大家在今后的钢板桩围堰施工中提供一些帮助。

作者：李成伟单位：中铁十一局集团第四工程有限公司